楊海濤

（山鋼股份濟(jì)南分公司 檢修工程公司，山東 濟(jì)南 250101）

1 前 言

大型電力變壓器作為電力系統(tǒng)核心樞紐設(shè)備，其安全運(yùn)行直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。由于設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)行維護(hù)水平的影響，變壓器故障還是時(shí)有發(fā)生，尤其是變壓器近區(qū)或出口短路故障，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，國(guó)產(chǎn)變壓器遭受外部近區(qū)短路沖擊導(dǎo)致繞組損壞事故占變壓器總故障率的80%以上［1］。變壓器抗短路能力不強(qiáng)是造成變壓器損壞的主要原因，而近區(qū)短路是誘發(fā)變壓器短路損壞事故的首要原因。因此，通過研究變壓器受近區(qū)短路沖擊后的運(yùn)行狀態(tài)、試驗(yàn)分析，可降低變壓器損壞率，減少停電損失，延長(zhǎng)變壓器使用壽命，確保電網(wǎng)安全運(yùn)行。

2 事故分析

2011年7月1日21時(shí)51分29秒，濟(jì)鋼第六降壓站2#主變發(fā)送差動(dòng)保護(hù)跳閘信號(hào)、重瓦斯跳閘信號(hào)，2#主變?nèi)齻?cè)開關(guān)跳閘，變壓器停運(yùn)。該變壓器型號(hào)是SFSZ10-75000/110，2004年12 月投運(yùn)，額定容量為75000 kVA，聯(lián)接組別為YNyn0d11。

通過查詢故障錄波信息發(fā)現(xiàn)7月1日16時(shí)20分六降壓L3206 發(fā)生BC 相短路故障，故障電流約11 kA，持續(xù)時(shí)間約70 ms；17時(shí)35分六降壓L3206再次發(fā)生BC 相短路故障，故障電流約11 kA，時(shí)間約70 ms；21時(shí)51分六降壓2#主變差動(dòng)動(dòng)作。

根據(jù)故障錄波顯示，當(dāng)天該變壓器中壓側(cè)BC相間發(fā)生了3次近區(qū)短路沖擊，而第3次造成了變壓器差動(dòng)保護(hù)、重瓦斯同時(shí)動(dòng)作，變壓器三側(cè)跳閘。故障后對(duì)該變壓器進(jìn)行了全面高壓電氣試驗(yàn)，試驗(yàn)項(xiàng)目包括繞組絕緣電阻、繞組介質(zhì)損耗、繞組直流電阻、繞組直流泄漏電流、變壓器油色譜分析等十余項(xiàng)測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果不同程度出現(xiàn)異常。經(jīng)過分析，最終決定對(duì)該變壓器進(jìn)行停運(yùn)吊芯檢查。經(jīng)過拆卸吊芯發(fā)現(xiàn)該變壓器中壓側(cè)（35 kV）C 項(xiàng)繞組上部有明顯電弧燒傷斷裂，底部有繞組融化后的小銅珠。由于繁多復(fù)雜的試驗(yàn)分析項(xiàng)目，導(dǎo)致從事故發(fā)生到最終做出處理意見，耗時(shí)近20 h，延誤了搶修時(shí)間，給生產(chǎn)運(yùn)行帶來十分惡劣的影響。全面系統(tǒng)的試驗(yàn)雖然可以更加準(zhǔn)確地反應(yīng)變壓器狀態(tài)，但耗時(shí)費(fèi)力，已無法滿足當(dāng)前供電系統(tǒng)反應(yīng)快速、優(yōu)質(zhì)高效的需要。因此，變壓器突發(fā)性近區(qū)短路故障后的電氣試驗(yàn)方法迫切需要優(yōu)化和改進(jìn)。

3 近區(qū)短路后的電氣試驗(yàn)

為了準(zhǔn)確地對(duì)變壓器進(jìn)行故障分析，縮短檢修時(shí)間，提高工作效率及準(zhǔn)確率，根據(jù)多年運(yùn)行維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，提出針對(duì)此類突發(fā)事故的試驗(yàn)分析方法—四測(cè)分析法，即絕緣電阻試驗(yàn)、繞組直流電阻試驗(yàn)、油氣相色譜分析、繞組變形測(cè)試。同時(shí)還需依托相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和運(yùn)用，通過歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)的全面比對(duì)，結(jié)合“四測(cè)分析法”的應(yīng)用，來處理變壓器突發(fā)故障。

3.1 絕緣電阻試驗(yàn)

變壓器繞組在大短路電流沖擊下，受到電磁力作用的影響，發(fā)生繞組初始性機(jī)械形變，在多次短路電流的疊加作用下，初始性機(jī)械形變逐步惡化，匝、股間短路，導(dǎo)致局部放電，直至整段主絕緣放電或完全擊穿，造成主絕緣破壞（GB 1094.5—1985）。這一劣化過程，通過繞組絕緣電阻測(cè)試可以直觀地體現(xiàn)出來，濟(jì)鋼六降壓2#主變絕緣測(cè)試歷史數(shù)據(jù)見表1。

由表1 可知，2006—2010年的4 次絕緣測(cè)試雖然試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到“絕緣電阻＞2500 MΩ”的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但變壓器繞組由于受到短路電流沖擊的累積影響，已經(jīng)發(fā)生機(jī)械形變，從而導(dǎo)致絕緣電阻值持續(xù)降低，其吸收比亦受到影響。所以，測(cè)量絕緣電阻式變壓器出口近區(qū)短路后一項(xiàng)必要的檢測(cè)。

表1 六降壓2#主變絕緣測(cè)試歷史數(shù)據(jù)

3.2 繞組直流電阻測(cè)量

短路電流會(huì)對(duì)繞組產(chǎn)生電磁力作用，導(dǎo)致繞組發(fā)生機(jī)械形變，同時(shí)大量的短路電流瞬間流過整個(gè)繞組，對(duì)其薄弱環(huán)節(jié)造成損傷。如套管引線接頭、調(diào)壓分接頭、將軍帽與線圈引出線之間出現(xiàn)過熱或接觸不良，若未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，會(huì)使接觸不良點(diǎn)發(fā)熱熔化而燒斷，進(jìn)而燒壞變壓器。接觸不良，匝間和股間短路可通過測(cè)量繞組直流電阻發(fā)現(xiàn)。2007—2011年六降壓2#主變中壓側(cè)直流電阻實(shí)測(cè)值見表2。

表2 六降壓2#主變中壓側(cè)直流電阻實(shí)測(cè)值

通過對(duì)比，可以明顯看到C項(xiàng)直阻明顯增加，不平衡系數(shù)δ增長(zhǎng)并超出2%的最高限值，最后一次測(cè)試結(jié)果變化異常且劇烈，可以考慮繞組發(fā)生燒損甚至熔斷現(xiàn)象。

3.3 變壓器油氣相色譜分析

目前，大型電力變壓器大多采用油紙組合絕緣，一旦變壓器內(nèi)部發(fā)生近區(qū)短路等潛伏性故障時(shí)，短路電流產(chǎn)生的高溫會(huì)使油紙材料發(fā)生化學(xué)變化裂解產(chǎn)生H2、CO、CO2和低分子碳水化合物（C2H2、C2H4）等溶解在油中。其中含有不同化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)的烴類化合物，隨故障點(diǎn)溫度的升高依次裂解生成烷烴、烯烴和炔烴（GB/T 7275—2001）。

分解出來的多種氣體所形成的氣泡在油中經(jīng)過對(duì)流、擴(kuò)散，就會(huì)不斷地在油中溶解。通過對(duì)油中溶解氣體的組分和含量進(jìn)行濾出分析，就可發(fā)現(xiàn)變壓器遭受近區(qū)短路后故障的損傷程度。因此，變壓器油氣相色譜分析是判斷變壓器狀態(tài)以及能否繼續(xù)運(yùn)行的重要手段。六降壓2#主變連續(xù)色譜分析試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 六降壓2#主變連續(xù)色譜分析試驗(yàn)結(jié)果 μL/L

由表3 可看出該變壓器劣化程度，根據(jù)其短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量氫氣及乙炔氣體，可基本推斷其故障原因是由近區(qū)短路沖擊所導(dǎo)致的電弧放電故障，應(yīng)考慮變壓器停運(yùn)維修。利用油氣相色譜分析結(jié)果進(jìn)行故障診斷時(shí)，應(yīng)全面了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、檢修、運(yùn)行情況，綜合比對(duì)歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)，排除各種干擾因素的影響，防止誤判造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

3.4 繞組變形測(cè)試

目前，進(jìn)行的繞組變形測(cè)試主要采用頻率響應(yīng)法，其測(cè)試原理是用掃頻儀根據(jù)繞組對(duì)不同頻率段的響應(yīng)特性，獲取唯一頻響曲線。也就是說，只要繞組在物理結(jié)構(gòu)上固定了，其頻率響應(yīng)特性曲線也就固定了。由于其制作工藝、流程、方法的差異，每臺(tái)變壓器都有一組唯一的頻響曲線，所以繞組變形試驗(yàn)，也被稱作指紋試驗(yàn)。如果繞組本身存在機(jī)械結(jié)構(gòu)等的薄弱環(huán)節(jié)，在巨大短路沖擊的作用下，勢(shì)必會(huì)發(fā)生物理性機(jī)械形變，無論其形變的輕重程度，繞組變形測(cè)試都會(huì)以頻響特性曲線的形式直觀地展現(xiàn)出來。因此，在變壓器遭受近區(qū)短路后及時(shí)進(jìn)行繞組變形測(cè)試，制訂相應(yīng)的措施，并有計(jì)劃地進(jìn)行檢驗(yàn)，不但節(jié)省人力、物力，對(duì)變壓器是否重新投入運(yùn)行或及時(shí)退出運(yùn)行也有相當(dāng)重要的意義。

4 結(jié) 語

“四測(cè)分析法”在應(yīng)對(duì)變壓器突發(fā)性近區(qū)短路事故處置中，在滿足試驗(yàn)分析需要的前提下，可大幅度精簡(jiǎn)試驗(yàn)項(xiàng)目?！八臏y(cè)分析法”目的清晰明確各具針對(duì)性，可準(zhǔn)確有效的分析事故情況，判斷變壓器運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)將試驗(yàn)分析時(shí)間由20 h 縮短至5 h，提高了變壓器突發(fā)性近區(qū)短路事故處理效率和準(zhǔn)確率。

［1］咸日常.電力變壓器出口短路的危害與預(yù)防措施［J］.電力設(shè)備，2006，7（2）：64-67.